Причина не только в ядре: что-то таинственное глубоко внутри Земли управляет магнитным полем

Александр Гайдамашко

Основные тезисы

Новое исследование показывает, что неоднородный тепловой поток в мантии Земли может влиять на стабильность и геометрию магнитного поля в течение сотен миллионов лет.
Симуляции указывают, что мантийная неоднородность способствует стабильности дипольного магнитного поля, что влияет на реконструкции движения континентов и изучение эволюции мантии.

Магнитное поле Земли зависит от мантии на геодинамо, а не только от ядра планеты

Что управляло управлять магнитным полем планеты сотни миллионов лет / Depositphotos

Магнитное поле Земли обычно воспринимается как продукт процессов в ядре планеты, но новые научные результаты меняют эту картину. Данные из глубокого прошлого указывают, что решающую роль в формировании и долгосрочной стабильности магнитного поля могла играть совсем другая структура.

Могла ли мантия контролировать геодинамику Земли?

Магнитное поле Земли создается благодаря геодинамике – движения расплавленного железа во внешнем ядре. Этот процесс питается теплом, которое поступает из ядра в мантию. Исследование, опубликовано в журнале Nature Geoscience, показывает, что характер этого теплового потока был далек от равномерного и именно это могло определять поведение магнитного поля в течение по меньшей мере последних 265 миллионов лет.

В нижней части мантии, на глубине около 2 900 километров, сейсмология фиксирует две гигантские области с пониженной скоростью сейсмических волн. Они расположены под Африкой и Тихим океаном и известны как большие области пониженной скорости сдвиговых волн. Эти структуры, вероятно, горячее окружающей мантии, что означает резкие контрасты теплового потока на границе ядра и мантии.

Авторы работы под руководством профессора Эй Джея Биггина объединили палеомагнитные данные, глобальные модели магнитного поля и численные симуляции геодинамики. Основное внимание было сосредоточено не на интенсивности поля, а на его геометрии и изменчивости, в частности на так называемой палеосекулярной вариации – хаотических колебаниях направления магнитного поля в геологическом масштабе времени.

Что выявило исследование?

Результаты показали четкую закономерность. Симуляции с равномерным тепловым потоком через границу ядро-мантия не способны воспроизвести ключевые характеристики реального магнитного поля Земли. Зато модели, в которых тепловой поток меняется в зависимости от региона мантии, демонстрируют поведение, что хорошо согласуется с имеющимися палеомагнитными записями.

В частности, неоднородный тепловой поток нарушает осевую симметрию магнитного поля. Это проявляется в устойчивых различиях между различными долготами, которые фиксируются как в современном магнитном поле, так и в данных возрастом десятки и сотни миллионов лет. Такие особенности практически невозможно получить в моделях с однородной мантией.

Еще один важный вывод заключается в том, что мантийная неоднородность могла способствовать стабильности дипольного магнитного поля, пишет SciTechDaily. В симуляциях без тепловых контрастов геодинамо легче переходит в многополярный режим, который для Земли характерен только во время инверсий или экскурсов. Зато при наличии горячих и холодных участков в нижней мантии диполь остается доминантным значительно дольше.

Что это нам дает?

Эти результаты имеют широкие последствия:

Палеомагнитные данные используются для реконструкций движения континентов и древней географии Земли. Если магнитное поле в течение сотен миллионов лет имело устойчивые региональные аномалии, это могло вносить систематические погрешности в такие реконструкции.
Исследование также открывает новый способ изучения эволюции мантии – через анализ древних магнитных полей, зафиксированных в породах.
Наконец, это может иметь определенное влияние на то, как мы изучаем экзопланеты, в поисках пригодных для жизни миров.